汽车路面噪声 ——现象、原理、控制及设计实例刘显臣等_刘显臣等_9787111763536

本书全面阐述了汽车路面噪声性能开发的全过程。路面噪声是一个广义的概念，是在凸凹不平的路面激励作用下，经过轮胎、悬架传递到车身，引起车身板件振动，产生噪声。另外，轮胎与地面接触过程中，轮胎胎面花纹沟槽内的空气不断地被压缩、释放，引起空气的波动，也会产生噪声。此类噪声会通过车身的缝隙、孔洞，以空气传播的形式传递到车内。还有一部分是轮胎在高速转动过程中，其周边的空气受到扰动，也会产生噪声。路面噪声的产生从原理上讲，其激励源为路面激励和轮胎本身的转动不平衡激励，涉及轮胎、悬架、副车架、车轮、车身等关键系统，每个系统都具有各自的振动特性，对路面噪声产生特定的影响。本书对涉及的各关键系统分别加以阐述，从路面噪声的发生原理、影响因素、改进方法、设计方案等维度，讲述各系统的NVH设计思路，并大量列举实际产品中的研究及应用案例，通俗易懂。本书适用于汽车院校学生，各汽车公司、设计公司的NVH工程师，可作为解决汽车路面噪声问题、开展汽车设计的参考资料。

随着中国汽车市场的高速发展，人们对汽车的乘坐舒适性要求也越来越高。生产安静、舒适的汽车产品，也是汽车制造商不断追求的目标，以期其产品在市场上得到更多的认可。但是国内汽车NVH专业起步较晚，无论是设计工程师还是试验工程师，都缺少经验,在处理汽车NVH问题时经常不知所措，找不到可供参考的技术文献。这些都是汽车产品开发的不利因素。

笔者从事汽车、发动机振动噪声相关工作近二十年，深知这门学科之复杂、高深。在工作过程中，经常苦于无法查阅到相关的技术文献。特别是在路面噪声方面，涉及的系统多、频率范围广，解决方法及设计指南各不相同，平常见到的参考资料多数是针对某个单一问题，但没有对路面噪声进行系统性的概述。基于这个出发点，笔者搜集、整理了路面噪声相关的资料，汇编成本书，为相关专业的学生、工程师及研究人员提供全面的参考，协助大家全面理解路面噪声，了解路面噪声的产生原理、传递途径、解决方案和汽车设计方法，快速解决研发过程中遇到的问题，缩短新产品的开发周期，提高产品质量，打造舒适且令人愉悦的驾乘空间。

路面噪声是常见的汽车NVH现象之一，特别是对于近年来飞速发展的新能源汽车，有内燃机这一主要噪声源以后，路面噪声更加凸显。为给乘员打造一个舒适的驾乘环境，汽车公司下了很大的功夫去改善和提升降噪性能。

路面噪声是很复杂的NVH现象，涉及几乎汽车所有的系统。激励源主要来自路面的凸凹不平，以及轮胎本身的不平衡激励等。传动系统包括轮胎、车轮、悬架系统、副车架、车身等。最终车身整体或局部模态被激发起来，产生辐射噪声。

本书以激励源－传递路径－响应为主线，逐一介绍与路面噪声强相关的各个系统，分别从原理、特性、评价标准、改进方法、设计方法等方面对各个关键系统进行详细阐述。

本书第1章由刘显臣编著，第2章、第3章由刘亚彬编著，第4章由国举强、徐磊编著，第5章由田冠男编著，第6章由徐磊编著，第7章由刘显臣、田冠男编著，第8章由谭勇、刘显臣编著，第9章由赵鹏编著，第10章由石胜文编著。

第1章对路面噪声进行综合性的概述，全面介绍路面噪声的产生、原理、涉及系统、频率特性等。第2章专门阐述轮胎的振动特性。路面凸凹不平首先作用在轮胎上，并经车轮、悬架系统等向车身传递，形成车内噪声。同时，轮胎本身由于受到激励后产生振动，以及与路面摩擦等成为噪声源，并以空气传播的形式向车内传递，因此，轮胎是对路面噪声影响极大的部件。为了降低轮胎噪声，轮胎供应商做出了很大的努力，开发出了各种降噪轮胎。第3章阐述悬架系统的振动特性、对车内路面噪声的贡献，以及为了降低路面噪声而针对悬架系统做出的改进及新技术研究。第4章专门讲述副车架的振动特性，作为路面噪声传递系统中重要的一环，其结构型式、与车身的连接方式等都对路面噪声有很大的影响。第5章阐述车轮的刚度、模态等振动特性对路面噪声的影响，并提出相应的评价和设计标准。第6章讲述车身的振动特性、分析方法、评价标准等，并列举一些实际案例，讲述如何提高车身刚度和减振性能。第7章从降噪性能开发的角度阐述路面噪声的工作流程，介绍路面噪声性能目标体系、技术路线、评价方法等。第8章介绍路面噪声的模拟方法，从建模、分析、评价等角度去阐述路面噪声性能的虚拟开发方法，在产品开发阶段对产品的性能进行预测和评价，暴露潜在的问题，提供改进方向和建议。第9章阐述路面噪声的测试，以及在实车阶段利用试验方法解决出现的问题。第10章介绍近年来开始流行的路面噪声主动控制技术，从原理、结构等方面，介绍一些实际中应用的案例，为读者提供参考。

本书中阐述的路面噪声现象、解决方案及汽车设计方法，涉及汽车的各个部分，包括轮胎、车身、悬架系统、驱动系统等多个NVH关键子系统。本书适用于汽车院校学生,各汽车公司、设计公司的NVH工程师，可作为解决汽车路面噪声问题、开展路面噪声性能开发的参考资料。书中介绍的一些案例多是笔者亲身参与过或者选自zui新的问题改进、课题研究报告。由于笔者水平有限，书中难免会有错误及不足之处，真诚地欢迎读者指正（问题可反馈至邮箱:liuxch_nvh@126.com）。

编著者

前言
第1章路面噪声概述1
1.1路面噪声的产生原理及路面对其的影响1
1.1.1路面噪声的产生原理2
1.1.2路面凸凹不平引起的路面噪声变化5
1.1.3排水性铺装路面上的路面噪声7
1.2路面噪声传递特性及实例10
1.2.1路面激励10
1.2.2轮胎的振动传递特性13
1.2.3轮胎振动模型13
1.2.4车轴的振动特性14
1.2.5路面噪声实例18
1.3路面噪声控制18
1.3.1路面噪声改进目标19
1.3.2低频路面噪声19
1.3.3高频路面噪声23
1.3.4实车验证26
第2章轮胎NVH28
2.1轮胎的振动噪声特性28
2.1.1轮胎振动特性28
2.1.2轮胎模态29
2.1.3轮胎作为激励源引起的振动30
2.1.4轮胎噪声31
2.2轮胎空腔共振对路面噪声的影响35
2.2.1轮胎及路面噪声的传播路径35
2.2.2路面噪声的产生原因35
2.2.3声学分析37
2.2.4声学激励试验38
2.2.5解决方案38
2.3轮胎噪声控制43
2.3.1轮胎噪声测试方法43
2.3.2轮胎噪声研究现状44
2.3.3轮胎噪声的产生机理46
2.3.4轮胎噪声控制48
2.4轮胎模态控制51
2.4.1路面噪声频谱优化开发51
2.4.2轮胎固有模态目标设定52
2.4.3轮胎固有模态控制技术的开发58
2.4.4轮胎滚动的影响61
第3章悬架系统NVH62
3.1悬架系统阻尼控制62
3.1.1阻尼控制概述62
3.1.2分析模型63
3.1.3天棚式阻尼控制规则64
3.1.4分析结果67
3.1.5解决方法70
3.2悬架系统传递力控制73
3.2.1悬架系统传递力概述73
3.2.2悬架传递力变化的原理分析73
3.2.3模拟验证77
3.3新型多连杆后悬架开发84
3.3.1开发目标84
3.3.2基本构造84
3.3.3基本特征85
3.4前麦弗逊和后扭力梁式悬架开发92
3.4.1概述92
3.4.2悬架振动模态93
3.4.3测试方法95
3.4.4测试结果95
3.4.5降低路面噪声的方法97
3.5钢板弹簧悬架系统改进101
3.5.1钢板弹簧悬架的激励特性101
3.5.2基于二自由度简易模型的模拟仿真104
3.5.3乘坐舒适性改善结果105
第4章副车架NVH108
4.1高性能副车架开发108
4.1.1高性能副车架概述108
4.1.2开发目标109
4.1.3基于HPDC的大型薄壁断面构造的实现110
4.1.4制造轻量化副车架113
4.2高性能扭力梁开发115
4.2.1中间梁理想构造116
4.2.2用于SEB的变周长直管的制造方法118
第5章车轮NVH127
5.1车轮振动特性127
5.1.1车轮结构127
5.1.2车轮模态128
5.1.3车轮刚度130
5.1.4车轮优化设计130
5.2多谐振腔车轮133
5.2.1基本概念133
5.2.2轮胎环形声场吸声效率提升134
5.2.3高空间效率谐振腔结构的具体构造136
5.3降噪车轮的开发141
5.3.1降噪车轮概述141
5.3.2开发目标141
5.3.3基本概念141
5.3.4主要开发内容143
5.3.5实车效果验证147
第6章车身NVH149
6.1车身结构149
6.1.1高刚度车身结构设计150
6.1.2高振动衰减特性车身结构设计158
6.2车身阻尼165
6.2.1阻尼材料概述166
6.2.2阻尼材料的属性168
6.2.3车身灵敏度和阻尼169
6.2.4ERP和阻尼170
6.2.5车身板件阻尼处理171
6.2.6高精度阻尼喷涂工艺172
6.3车身密封及声学包装179
6.3.1吸声材料概述179
6.3.2隔声材料在薄壁封闭空间的应用182
6.3.3车门玻璃隔声性能提升技术192
第7章路面噪声性能开发201
7.1目标设定及分解201
7.1.1整车级目标201
7.1.2系统级目标203
7.1.3开发方案213
7.2竞标车分析214
7.2.1NVH主观评价215
7.2.2NVH客观测试216
7.2.3CAE分析218
7.3工程设计219
7.3.1分析计划219
7.3.2分析内容220
7.3.3结果评价及优化228
7.3.4分析规范230
7.4试验验证231
7.4.1样车试制231
7.4.2小批量制造233
第8章路面噪声模拟234
8.1路面噪声模拟方法234
8.1.1虚拟性能开发概述234
8.1.2虚拟性能开发流程235
8.1.3虚拟性能开发管理237
8.1.4路面噪声的计算方法238
8.2轮胎单体振动分析SEA模型搭建239
8.2.1简介239
8.2.2基于SEA试验的CLF240
8.2.3SEA分析模型搭建242
8.2.4轮胎等价弯曲刚度及等价杨氏模量的推导243
8.2.5SEA分析的应用246
8.3悬架系统阻尼控制249
8.3.1悬架系统阻尼的影响249
8.3.2相对于操舵激励的侧倾状态推测模型250
8.3.3操舵激励的侧倾推测精度验证253
8.3.4试验车的控制结构和行驶评价256
8.4中频空气传播噪声预测方法258
8.4.1考虑振动模态的声灵敏度预测方法258
8.4.2面板透射率验证261
8.4.3隔声材料透射率的准确性验证263
8.4.4车辆声灵敏度预测精度263
8.5路面噪声模拟实例267
8.5.1概述267
8.5.2等价路面粗糙度的定义268
8.5.3数值计算272
第9章路面噪声测试及改进274
9.1路面噪声高贡献车身模态提取274
9.1.1车身振动特性275
9.1.2OTPA和高贡献主成分模态275
9.1.3实车应用结果278
9.1.4结构变更效果281
9.2轮胎噪声的声全息识别方法284
9.2.1声全息法284
9.2.2基于数值模拟的验证285
9.2.3试验验证287
9.3基于车身板件相位的路面噪声控制290
9.3.1概述290
9.3.2利用板件的相位控制来降低声压291
9.3.3BEM分析方法294
9.3.4实车验证296
9.4路面噪声吸声技术301
9.4.1概述301
9.4.2中频噪声吸声条件301
9.4.3中频噪声的吸声结构302
9.4.4实车验证306
第10章路面噪声主动控制309
10.1基于H2控制的路面噪

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